(57)【要約】  自燃式の直接加熱型ロータリキルンを用いて固定炭素の含有量が80%以上、揮発分の含有量が12%以下のヤシガラ炭を製造する方法及び装置を得る。  本発明のヤシガラ炭製造方法は、自燃式直接加熱型のロータリキルンによりヤシガラ(PKS:Palm Kernel Shell)を乾留してヤシガラ炭を製造するヤシガラ炭製造方法であって、前記ロータリキルンによってヤシガラを乾留する乾留工程と、乾留工程後の高温のヤシガラ炭を空気の流入が制限された断熱室内に入れて３０分以上保持することにより自己保有熱を利用して前記ヤシガラ炭に含まれる揮発分を除去する揮発分除去工程とを備えてなることを特徴とするものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自燃式直接加熱型のロータリキルンによりヤシガラ(PKS:Palm Kernel  Shell)を乾留してヤシガラ炭を製造するヤシガラ炭製造方法であって、
前記ロータリキルンによって前記ヤシガラを乾留する乾留工程と、乾留工程後の高温のヤシガラ炭を空気の流入が制限された断熱室内に入れて３０分以上保持することにより自己保有熱を利用して前記ヤシガラ炭に含まれる揮発分を除去する揮発分除去工程とを備えてなることを特徴とするヤシガラ炭製造方法。
【請求項２】
前記揮発分除去工程における温度低下を５０℃以内にしていることを特徴とする請求項１記載のヤシガラ炭製造方法。
【請求項３】
前記断熱室が前記ヤシガラ炭を搬送する機能を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヤシガラ炭の製造方法。
【請求項４】
前記断熱室内に酸化剤を連続供給して前記ヤシガラ炭の一部を燃焼させることにより発生する生成熱で乾留を促進させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のヤシガラ炭の製造方法。
【請求項５】
ヤシガラ(PKS:Palm Kernel Shell)が装入されて乾留される自燃式直接加熱型のロータリーキルンと、該ロータリーキルンにおいて乾留されたヤシガラ炭が装入され、断熱材が取り付けられると共に空気の流入を制限できる断熱室とを備えたことを特徴とするヤシガラ炭の製造装置。
【請求項６】
前記断熱室は搬送機能を備えてなることを特徴とする請求項５記載のヤシガラ炭の製造装置。
【請求項７】
前記断熱室に酸化剤を供給する酸化剤供給装置を備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載のヤシガラ炭の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヤシガラ(PKS:Palm Kernel Shell)を乾留してヤシガラ炭を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヤシ油産業の廃棄物であるヤシガラ(PKS:Palm Kernel Shell)は石炭に似た性状を有し、石炭代替のバイオマス燃料として利用される。またこのヤシガラを乾留して得られるヤシガラ炭は、ヤシガラ活性炭の原料にもなるが、ヤシガラ炭の低発熱量は30,000kJ/kg程度と極めて高いことから冶金用コークスの代替として価値がある。
このようなヤシガラとヤシガラ炭の工業分析と元素分析の例を表１に示す。
【表１】
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【０００３】
冶金用コークス代替としてのヤシガラ炭は、揮発分12%以下、固定炭素分80%以上が必要であり、望ましくは、揮発分8%以下、固定炭素分85%以上が歓迎される。
ヤシガラからヤシガラ炭を製造する方法としては、例えば特許文献１に示されるような内燃式のロータリキルンを用いて乾留する方法がある。
【特許文献１】特開２００１−２１４１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されたものと同様の自燃式の直接加熱型ロータリキルンを用いてヤシガラ炭を製造するとした場合に一般的に考えられる製造方法を図８に基づいて説明する。
まず、ロータリキルン３１の構造を概説する。ロータリキルン３１は、原料を投入する原料投入口３３と、投入された原料を乾留するキルン本体３５と、乾留された製品を排出する排出口３７と、原料排出口３７側に設けられてキルン本体３５に燃焼空気を供給する燃焼空気供給口３９とを備えている。なお、原料投入口３３側には２次燃焼室４１が設けられ、２次燃焼室４１には２次燃焼用空気導入口４２から２次燃焼用空気が供給される。【０００５】
上記のようなロータリキルン３１を用いてヤシガラ炭を製造する方法は以下の通りである。
原料のヤシガラは原料投入口３３からキルン本体３５に供給され、出口側に向って搬送される。搬送過程において、燃焼空気により、ヤシガラ中の揮発分が主に燃焼する。図８に示した揮発分燃焼領域４３で可燃揮発分が燃焼し、燃焼熱が放射伝熱でキルン内のヤシガラに伝えられてヤシガラの乾留が進行する。
乾留温度は700〜800℃、キルン内滞留時間は１時間程度である。揮発分の発熱量が高いため、乾留に必要な熱は、キルン起動時を除いて外部から加える必要がない。
揮発分燃焼領域４３の下流側では、乾留されたヤシガラ炭が、燃焼空気にさらされて揮発分のさらなる除去と共に固定炭素の焼損が進む。
乾留後の製品であるヤシガラ炭は排出口３７から排出されて、直接散水などによって冷却される。
キルン本体３５における原料供給側から排出される排ガスにはまだ未燃分が含まれるため、２次燃焼室４１で燃焼後大気放散される。【０００６】
図８に示したような従来のロータリキルン３１を用いてヤシガラ炭を製造した場合の問題点は、燃焼空気による直接加熱であるために燃焼させたくない固定炭素も一部燃焼し、他の製造方法、例えば間接加熱方式やシャフト炉による低温乾留方法に比べて製品中の灰分が高く、収率が20%程度と低いことである。
しかし、固定炭素の焼損を防止しようとして、乾留完了後すぐにキルン本体３５から出すと、ヤシガラ炭中に揮発分が残ってしまうという問題がある。すなわち揮発分を下げるためにヤシガラのキルン本体３５内の滞留時間を長く取ると固定炭素の焼損が起こり、固定炭素の焼損を防ぐためにキルン本体３５内の滞留時間を短くすると揮発分が残ってしまうのである。
なお、固定炭素の焼損防止のためにロータリキルン３１を耐熱金属で作り、外部加熱する間接加熱方式の場合は、設備費が高価になるためヤシガラ炭製造には不向きである。【０００７】
本発明は、自燃式の直接加熱型ロータリキルンを用いて、固定炭素の含有量が多く揮発分の含有量が少ないヤシガラ炭を製造する方法及び装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係るヤシガラ炭製造方法は、自燃式直接加熱型のロータリキルンによりヤシガラ(PKS:Palm Kernel Shell)を乾留してヤシガラ炭を製造するヤシガラ炭製造方法であって、
前記ロータリキルンによって前記ヤシガラを乾留する乾留工程と、乾留工程後の高温のヤシガラ炭を空気の流入が制限された断熱室内に入れて３０分以上保持することにより自己保有熱を利用して前記ヤシガラ炭に含まれる揮発分を除去する揮発分除去工程とを備えてなることを特徴とするものである。【０００９】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記揮発分除去工程における温度低下を５０℃以内にしていることを特徴とするものである。【００１０】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記断熱室が前記ヤシガラ炭を搬送する機能を備えていることを特徴とするものである。【００１１】
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記断熱室内に空気などの酸化剤を連続供給して前記ヤシガラ炭の一部を燃焼させることにより発生する生成熱で乾留を促進させるようにしたことを特徴とするものである。【００１２】
（５）また、本発明に係るヤシガラ炭の製造装置は、ヤシガラ(PKS:Palm
Kernel Shell)が装入されて乾留される自燃式直接加熱型のロータリキルンと、該ロータリキルンにおいて乾留されたヤシガラ炭が装入され、断熱材が取り付けられると共に空気の流入を制限できる断熱室とを備えたことを特徴とするものである。【００１３】
（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、前記断熱室は搬送機能を備えてなることを特徴とするものである。【００１４】
（７）また、上記（５）又は（６）に記載のものにおいて、前記断熱室に空気などの酸化剤を供給する酸化剤供給装置を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、自燃式直接加熱型のロータリキルンによってヤシガラを乾留する乾留工程と、乾留工程後の高温のヤシガラ炭を空気の流入が制限された断熱室内に入れて３０分以上保持することにより自己保有熱を利用して前記ヤシガラ炭に含まれる揮発分を除去する揮発分除去工程とを備えたことにより、乾留工程での高温ヤシガラ炭中の固定炭素の焼損を極力少なくし、さらに最終製品中の残留揮発分を十分に減少させることができる。これによって、固定炭素の含有量が高く、揮発分が少ないヤシガラ炭を、大量生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るヤシガラ炭製造装置の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るヤシガラ炭製造方法の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るヤシガラ炭製造装置の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るヤシガラ炭製造方法の効果の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るヤシガラ炭製造方法の効果の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るヤシガラ炭製造方法の効果の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るヤシガラ炭製造方法の効果の説明図である。
【図８】本発明の解決しようとする課題の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施の形態に係るヤシガラ炭製造装置１は、自燃式の直接加熱型ロータリキルン３と、直接加熱型ロータリキルン３で乾留されたヤシガラ炭を受け入れる断熱密閉容器５を備えてなる。
自燃式の直接加熱型ロータリキルン３は、回転運動により原料を搬送しながら乾留するキルン本体７と、キルン本体７に燃焼空気を供給する燃焼空気供給口９と、キルン本体７の上流側に設けられた２次燃焼室１１と、２次燃焼室１１に２次燃焼用の空気を導入する２次燃焼用空気導入口１３と、キルン本体７の上流側からキルン本体７に原料を投入する原料投入口１５と、乾留された製品を断熱密閉容器５に向けて排出する排出口１７とを備えている。
各構成をより詳細に説明する。
【００１８】
＜キルン本体＞
キルン本体７は、回転駆動され、内部に投入された原料であるヤシガラを乾留しながら排出口１７側に搬送する。キルン本体７の仕様は、排出口１７の近傍で揮発分の燃焼がほぼ完了するように設定する。この設定は、キルン本体７の長さ、直径、傾斜、回転数によって行うことが可能である。
【００１９】
＜断熱密閉容器＞
断熱密閉容器５は、排出口１７から排出されるヤシガラ炭を受け入れて高温状態のまま保持する容器である。断熱密閉容器５は、断熱材１９が取り付けられると共に、空気の流入を制限するために密閉用の蓋２１が設けられている。
断熱密閉容器５は、複数個準備して一つの断熱密閉容器５が満杯になれば、新たなものを使用するようにすればよい。
断熱密閉容器５に代えて、外壁を断熱して保温可能にしたスクリューコンベアのような連続搬入装置を用いて、排出口１７から排出されるヤシガラ炭を保温しながら約３０分かけて連続的に別の保存場所に搬送するようにしてもよい。この場合、乾留されたヤシガラ炭の排出口１７は二重ダンパー方式や、ロータリーフィーダ方式にするのが好ましい。
【００２０】
上記のようなヤシガラ炭製造装置１によってヤシガラ炭を製造する方法を、図２に基づいて説明する。図２において、実線は本発明例を示し、破線が従来方法を示している。
原料となるヤシガラが原料投入口１５からキルン本体７に供給され、キルン本体７内を出口側に向って搬送される。搬送過程において、燃焼空気によりヤシガラ中の揮発分が主に燃焼して急速加熱される。この燃焼熱が放射伝熱でキルン内のヤシガラに伝えられてヤシガラの乾留が進行する（乾留工程Ａ）。
乾留温度は700〜850℃であり、急速加熱されてキルン内滞留時間は３０分程度である。急速加熱工程における滞留時間は、キルン本体７の長さ、直径、傾斜、回転数によって制御可能である。
なお、揮発分の発熱量が高いため、乾留に必要な熱は、キルン起動時を除いて外部から加える必要がない点は従来例で説明したのと同様である。
【００２１】
揮発分燃焼領域４３のすぐ下流側のヤシガラ炭は、揮発分がほぼ燃焼し、若干の揮発分を含む状態となっている。この状態のヤシガラ炭が、排出口１７から排出されて、断熱密閉容器５に入れられ、空気の流入を制限するために密閉用の蓋２１が閉められる。断熱密閉容器５内では、保温状態のまま３０分以上保持される。
３０分以上、高温状態で保持して自身の持つ熱によりさらに乾留を進める。酸素不足状態での乾留であるため、固定炭素の焼損は抑制され、揮発分を除去することができる（揮発分除去工程Ｂ）。
断熱密閉容器５での所定の保持時間経過後、いまだ高温のヤシガラ炭は、10時間以上かけて自然放冷するか、容器内に窒素などの不活性ガスを導入して冷却する（冷却工程Ｃ）。
【００２２】
なお、キルンの原料供給側から排出される排ガスにはまだ未燃分が含まれるため、２次燃焼室１１で燃焼後大気放散される。
【００２３】
上記の方法によれば、キルン本体７の排出口１７での高温ヤシガラ炭中の固定炭素の焼損を極力少なくし、さらに最終製品中の残留揮発分を十分に減少させることができる。これによって、固定炭素の含有量80%以上、揮発分12%以下、収率25%以上で灰分が低いヤシガラ炭を、運転が容易な直接加熱型ロータリキルン３で大量生産することが可能となる。
【００２４】
図２において、破線で示した従来方法の場合には、急速加熱によって揮発分の大部分が抜けた後（工程Ｐ）、高温ヤシガラ炭がキルン本体７内で10分間ほどさらに燃焼空気にさらされて揮発分のさらなる除去と共に固定炭素の焼損が進む（工程Ｑ）。したがって、従来例では、収率が悪くなってしまうのである。この後は、散水などによる直接冷却される（工程Ｒ）。
【００２５】
［実施の形態２］
本実施の形態では、断熱密閉容器５に空気導入装置２３を設け、少量の空気を流入させるようにしたものである。空気導入装置２３は、断熱密閉容器５に空気を導入するための空気導入管２５と、流量計２７と、図示しない送風装置とを備えて構成される。
断熱密閉容器５中には少量の空気を制御しながら送り込んで、高温ヤシガラ炭の一部を燃焼させて温度を保つ。空気量を少量に制御することで、固定炭素の焼損が起こらず、残留揮発分の燃焼が選択的に起こり、固定炭素分を多くして、揮発分を少なくすることができる。導入する空気量としては、例えば、ヤシガラ炭1トン当たり50m3N/h程度である。
【実施例１】
【００２６】
試験用ロータリキルンを用いて、高温ヤシガラ炭を、600℃,700℃,800℃で乾留したあとのヤシガラ炭を、3時間断熱密閉容器内に保持する実験を行った。その結果を、図４、図５に示す。図４は縦軸が揮発分（％）を示し、横軸が保持時間（分）を示している。また、図５は縦軸が固定炭素分（％）を示し、横軸が保持時間（分）を示している。【００２７】
図４に示されるように、乾留温度700℃では、120分以上の高温保持で揮発分12%以下、固定炭素分83%以上のヤシガラ炭が得られる。また、乾留温度800℃では、120分以上の高温保持で揮発分 8%以下、固定炭素分85%以上のヤシガラ炭が得られる。
他方、乾留温度600℃では、保持時間を180分としても、揮発分が18％、固定炭素分が77％である。【００２８】
この実験から、揮発分12%以下、固定炭素分80%以上にするためには、乾留温度を700℃以上にするのが好ましいことが分かる。さらに、密閉容器内での保持時間を短くして、揮発分12%以下、固定炭素分80%以上にするためには、乾留温度を800℃以上にするのが好ましく、このようにすることで製造効率を向上させることができる。
また、揮発分8%以下、固定炭素分85%以上にするにも、乾留温度を800℃以上にするのが好ましい。
【実施例２】
【００２９】
実施例１と同様に、試験用ロータリキルンを用いて、高温ヤシガラ炭を、600℃,700℃,800℃で乾留したあとのヤシガラ炭を、3時間断熱密閉容器内に保持し、さらに本実施例では断熱密閉容器内に少量の空気を導入する実験を行った。空気導入量は、断熱密閉容器内温度が所定乾留温度（乾留温度±50℃）を保持できるように制御したもので、ヤシガラ炭1トン当たり50m3N/h程度であった。
実験の結果を、図６、図７に示す。図６は縦軸が揮発分（％）を示し、横軸が保持時間（分）を示している。また、図７は縦軸が固定炭素分（％）を示し、横軸が保持時間（分）を示している。
図４と図６を比較すると理解されるように、実施例２の方が実施例１よりも揮発分の割合が少なくなっている。他方、図５と図７を比較すると理解されるように、実施例２の方が実施例１よりも固定炭素分の割合が多くなっている。
この実験から、断熱密閉容器に制御された量の空気を導入することで、揮発分の割合を少なくすると共に固定炭素分の割合を多くすることができることが分かる。
【符号の説明】
【００３０】
１  ヤシガラ炭製造装置
３  直接加熱型ロータリキルン
５  断熱密閉容器
７  キルン本体
９  燃焼空気供給口
１１  ２次燃焼室
１３  ２次燃焼用空気導入口
１５  原料投入口
１７  排出口
１９  断熱材
２１  蓋
２３  空気導入装置
２５  空気導入管
２７  流量計
３１  ロータリキルン
３３  原料投入口
３５  キルン本体
３７  排出口
３９  燃焼空気供給口
４１  ２次燃焼室
４２  ２次燃焼用空気導入口
４３  揮発分燃焼域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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